CN106936329A - 具有半桥的焊接电源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于提供焊接型电力的方法和设备。其包括输入电路、dc总线、输出电路和控制模块。所述输入电路接收电力且将中间信号提供到所述总线。所述输出电路接收所述dc总线且提供ac焊接型输出。所述输出电路包括具有至少第一和第二开关的半桥输出逆变器。所述输出逆变器进一步包括输出控制电路。所述输出控制电路提供惯性前进路径，所述惯性前进路径包括控制开关、所述输出端、反并联的二极管。所述控制模块具有将控制信号提供到半桥输出逆变器且将调制控制信号提供到第一和第二输出控制开关的四象限控制模块。所述调制信号使所述输出控制开关被多次接通和关断以控制输出电流的变化率。

Description

具有半桥的焊接电源
技术领域
本公开大体涉及提供焊接型电力的技术。更具体地说，其涉及使用基于半桥逆变器的输出电路提供焊接型电力。
背景技术
有许多已知类型的焊接型电源，它们提供焊接型电力。如本文中使用的焊接型电力指适合于电弧焊接、等离子弧切割或感应加热的电力。如本文中使用的焊接型电源指可提供焊接型电力的电源。焊接型系统用以执行多种工艺，且在多种设置中使用。如本文中使用的焊接型系统是这样一种系统，该系统可提供焊接型电力且可包括控制和电力电路、送丝器和辅助装备。
一些焊接型系统包括提供dc总线的输入电路和/或预调器，之后是基于逆变器的输出电路。预调器调节输入电力，且提供已知dc总线。基于逆变器的输出电路接收总线，且提供焊接型电力作为输出。一种成功的设计包括作为预调器的一部分的升压电路，且输出电路包括逆变器、变压器、整流器和输出电感器。此类型的焊接型电源被记载在USP6987242(Geissler)中。具有基于逆变器的输出电路的其他焊接型电源包括USP 6115273(Geissler)和专利公开20090230941(Vogel)，所有三个专利都由本专利的拥有人拥有，且所有三个专利在此被以引用的方式并入。其他焊接型电源包括输入电路，所述输入电路具有输入变压器和/或从发动机/发电机得到电力和/或从例如燃料电池或蓄电池的能量存储装置得到电力。焊接型电源可包括额外的级，或将其他拓扑用于每一级(例如，降压预调器、组合的整流器-升压预调器、替代逆变器或在逆变器之后的斩波器、在第一逆变器之后的第二逆变器等)。
基于逆变器的输出电路提供许多优势，但其确实具有一些缺点。首先，在逆变器电路中使用的开关和二极管可能出现故障，特别是当暴露于高于额定电压的电压时。钳位电压是已知的，但可能导致过多损失。同样，换向开关和二极管可能产生过多的热量。USP6801443在单个切换事件中将全部钳位能量返回到输出端。由本发明的发明人拥有且被以引用的方式并入的美国专利公开2014-0263240公开了有效地返回换向能量的方式。
全桥输出逆变器记载在美国专利公开2014-0263240中。使用输出逆变器将dc总线逆变以提供ac输出。ac焊接输出通常具有在约20Hz到400Hz之间的频率。当输出极性反转时，电流必须过零。在过零期间，存在电弧整流/熄灭的风险。非常迅速的过零减小了电弧整流的可能性。
现有技术专利US 9120172 B2和申请US 20140083987 A1声称能够通过将高阻抗路径切换入和切换出焊接电路来迅速减小安培数，因此改变衰减时间常数。这种无源电路系统消散了电源内的附加热量——其浪费了电力且产生不想要的热量。
美国专利公开2014-0263240提供对浪费电力的现有技术好得多的替代方案，上述替代方案通过在从一个极性过渡期间帮助电弧保持点亮而实现，使电弧保持点亮是通过使用将高电压施加到输出端且将电流向上驱动到某一电平的辅助电路来实现的。在使AC输出中的主控IGBT的极性反转前，输出逆变器开关被保持，且到逆变器的电力被去除。输出电流然后缓慢地衰减(通过开关和变压器惯性前进)。接着反转逆变器开关的开/关状态，且以新的极性施加电力。在这段时间内，输出将不具有所要的波形。一旦切换IGBT，电流以不受控制的高di/dt方式迅速下落。高电压源(处于降压电路的形式)协助电弧反转和向上驱动电流。替代方案提供将变压器上的额外抽头用作高电压的来源。
因为美国专利公开2014-0263240教示在极性反转前，电流朝向零自然地降低(通过开关和变压器惯性前进)，且在电流反转后，辅助开关闭合且保持闭合，电流的变化率(di/dt)不受控制。相反地，di/dt通过辅助电压和电路中的成分设定。当di/dt比率并不另外受控制时，电流在衰减或增大时不处于所要的电平，且输出不能遵循所要的波形。在某一预定输出，大约100安培左右，辅助开关断开，且控制恢复到“正常”操作。正常控制指通过控制到逆变器的输入来控制输出量值。
美国专利公开2014-0263240将全桥逆变器作为优选实施例描述，且教示可将其实施为半桥逆变器。然而，不存在使用半桥逆变器增大和减小用于正输出和负输出两者的电流的控制——现有技术的半桥逆变器不提供四象限控制。如本文中使用的四象限控制是对四个象限中的输出的控制——随有效驱使输出电流的增大或减小的电极正，和随有效驱使输出电流的增大或减小的电极负。
可使用全桥逆变器提供四象限控制，但那需要四个相对昂贵的开关，每一个开关必须操控焊接电流。另外，如果要执行辅助或能量恢复，那么需要额外开关。因此，现有技术要么需要更多开关(全桥)，要么提供对电流的变化率的较少控制(半桥)。同样，使用高电压以辅助换向的现有技术具有用以形成高电压的额外电路。此外，因为现有技术只在输出电流过零期间提供较高电压，所以其不能够在瞬变期间对所述过程有所帮助。如本文中使用的瞬变是使控制回路作出反应的负荷或输入的突然改变，例如，电弧的短路连接、电弧电压的突然改变、较长电弧、熔化电极、输入电压的下降等。
图2展示现有技术半桥输出逆变器焊接型输出电路，例如，美国专利公开2014-0263240的半桥型式。其包括逆变器开关202和203，具有反并联的二极管204和205。多个整流二极管218和219连同变压器221对逆变器馈电。
当开关202接通而开关203关断时，提供电极正(EP)输出，且电流从主变压器绕组222上的中心抽头流经输出电感器214(如由箭头227展示)，经过电极输出端，跨过电弧到工件输出端，经过开关202，且经过整流二极管218返回(箭头228)到主绕组222。如本文中使用的电极输出端是电极通常连接到的机器的输出端。如本文中使用的工件输出端是电极通常连接到的机器的输出端。
当开关202关断而开关203接通时，提供电极负(EN)输出，且电流从整流二极管219流经开关203(其接通)，经过工件，跨过电弧到电极，经过输出电感器214(与箭头227相反)，且返回到主变压器绕组222上的中心抽头。当开关203关断而开关202接通时，提供电极正(EP)输出，且电流从主变压器绕组222上的中心抽头流出。
美国专利公开2014-0263240通过减小或去除提供到逆变器的电力且使开关202保持接通来提供电流从EP到EN的反转。电感器214使电流通过电感器214、开关202和绕组222惯性前进。电流按通过电压和电感设定的速率衰减，但不受其控制。当电流减小到接近零时，关断开关202，且接通开关203连同辅助开关207。
美国专利公开2014-0263240教示使用辅助开关207、208和电感器212来帮助在过零后增大电流量值。辅助开关207施加高电压以辅助在EN极性中的电流量值增大。电流通过电极和工件反转(到EN)。EN路径包括整流二极管219、开关203(其接通)，工件、电弧、电极、输出电感器214(与箭头227相反)和主变压器绕组222上的中心抽头。高电压使电流量值按通过电压和电感设定的速率增大，但不受其控制。
图3展示针对在区段302中的EP到EN反转的电流的不受控制的衰减(di/dt)，和在区段301中在过零后以电压源(但另外不受控制)设定的速率的电流增大(di/dt)。以类似方式完成EN到EP反转。当di/dt不受控制时，可能不提供所要的输出波形。
因此，具有以高效方式箝位的逆变器输出电路的焊接型电源是合乎需要的。优选地，此焊接型电源也将提供装置的高效换向，能够处置瞬变，能够在反转期间控制di/d，和/或能够提供高电压源以用于辅助换向和瞬变的处置。
发明内容
根据本公开的第一方面，一种焊接型电源包括输入电路、dc总线、输出电路和控制模块。输入电路接收输入电力且提供由dc总线接收的中间信号。输出电路接收dc总线且提供跨电极输出端和工件输出端的ac焊接型输出端。在一些实施例中，输出电路包括初级侧逆变器、变压器和整流器，它们充当用于半桥输出逆变器的电流源。可将dc总线、初级侧逆变器、变压器和整流器视为输入电路、输出电路或中间电路的一部分。半桥逆变器具有至少第一和第二开关。半桥逆变器被连接以接收来自dc总线的电力，且将电力提供到输出端，且进一步包括换向电路，所述换向电路具有第一惯性前进路径，所述第一惯性前进路径包括第一换向开关、电极输出端、工件输出端和与第一开关反并联的二极管。控制模块包括控制半桥逆变器的逆变器控制模块以及将调制控制信号提供到第一换向开关的换向控制模块。调制控制信号使换向开关在到第一开关的电流的换向期间被接通和关断多次，这控制输出端中的电流的第一变化率。
根据本公开的第二方面，一种焊接型电源包括输入整流器、dc总线、输出电路和控制模块。输入整流器接收输入电力且提供由dc总线接收的经整流的中间信号。输出电路接收dc总线且提供跨电极输出端和工件输出端的ac焊接型输出端。输出电路包括具有至少第一和第二开关的半桥逆变器。半桥逆变器被连接以接收来自dc总线的电力和将电力提供到输出端，且进一步包括升压电路。升压电路包括逆变器dc总线、升压电感器和升压开关。控制模块包括控制半桥逆变器的逆变器控制模块以及将调制控制信号提供到升压开关的升压控制模块。当第一开关接通且未换向时，调制控制信号使升压开关和升压电感器作为升压电路操作以将逆变器dc总线上的电压升压到所要的量值。
根据本公开的第三方面，一种焊接型电源包括输入电路、dc总线、输出电路和控制模块。输入电路接收输入电力且提供由dc总线接收的中间信号。输出电路接收dc总线且提供跨电极输出端和工件输出端的ac焊接型输出端。输出电路包括具有至少第一和第二开关的半桥逆变器。半桥逆变器被连接以接收来自dc总线的电力和将电力提供到输出端，且进一步包括输出控制电路。输出控制电路提供第一惯性前进路径，所述第一惯性前进路径包括第一控制开关、电极输出端、工件输出端和与第一开关反并联的二极管，以及第二输出控制开关，第二输出控制开关提供第二惯性前进路径，所述第二惯性前进路径包括第二输出控制开关、电极输出端、工件输出端和与第二开关反并联的二极管。控制模块具有将控制信号提供到半桥逆变器的逆变器控制模块，且具有将调制控制信号提供到第一和第二输出控制开关的斜变模块。调制控制信号使第一和第二输出控制开关中的至少一个被接通和关断多次，以控制输出端中的电流的变化率。
根据本公开的第四方面，一种焊接型电源包括输入电路、dc总线、输出电路和控制模块。输入电路接收输入电力且提供由dc总线接收的中间信号。输出电路接收dc总线且提供跨电极输出端和工件输出端的ac焊接型输出端。输出电路包括具有至少第一和第二开关的半桥逆变器。半桥逆变器被连接以接收来自dc总线的电力和将电力提供到输出端，且进一步包括输出控制电路。输出控制电路提供第一惯性前进路径，所述第一惯性前进路径包括第一控制开关、电极输出端、工件输出端和与第一开关反并联的二极管，以及第二输出控制开关，第二输出控制开关提供第二惯性前进路径，所述第二惯性前进路径包括第二输出控制开关、电极输出端、工件输出端和与第二开关反并联的二极管。控制模块具有逆变器四象限控制模块，所述逆变器四象限控制模块将控制信号提供到半桥逆变器且将调制控制信号提供到第一和第二输出控制开关。调制控制信号使第一和第二输出控制开关中的至少一个接通和关断多次，以控制输出端中的电流的变化率。
根据本公开的第五方面，一种提供焊接型电力的方法包括接收输入电力和提供中间信号。通过控制半桥逆变器中的第一开关和第二开关来使中间信号反转，以提供输出。将到第一开关的电流换向，且通过在到第一开关的电流的换向期间将第一换向开关接通和关断多次来控制输出端中的电流的第一变化率。
根据本公开的第六方面，一种提供焊接型电力的方法包括接收输入电力和提供中间信号。通过控制半桥逆变器中的第一开关和第二开关来使中间信号反转，以提供输出。控制第一升压开关，以当第一开关接通且未换向时使得第一升压开关和升压电感器作为升压电路操作将中间信号的电压增加到所要的量值。
根据本公开的第七方面，一种提供焊接型电力的方法包括接收输入电力和提供中间信号。通过控制半桥逆变器中的第一开关和第二开关来使中间信号反转，以提供输出。通过调制第一输出控制开关来控制输出电流的变化率。当第一输出控制开关接通时，形成第一惯性前进路径，所述第一惯性前进路径包括第一输出控制开关、输出端和与第一开关反并联的二极管。也通过调制第二输出控制开关来控制输出电流的变化率。当第二输出控制开关接通时，形成第二惯性前进路径，所述第二惯性前进路径包括第二输出控制开关、输出端和与第二开关反并联的二极管。
根据本公开的第八方面，一种提供焊接型电力的方法包括接收输入电力和提供中间信号。通过控制半桥逆变器中的第一开关和第二开关来使中间信号反转，以提供输出。调制第一输出控制开关，且当第一输出控制开关被接通时，形成第一惯性前进路径，所述第一惯性前进路径包括第一输出控制开关、输出端和与第一开关反并联的二极管。调制第二输出控制开关，且当第二输出控制开关被接通时，形成第二惯性前进路径，所述第二惯性前进路径包括第二输出控制开关、输出端和与第二开关反并联的二极管。通过控制第一开关、第二开关、第一输出控制开关和第二输出控制开关的接通和关断来在四个象限中控制输出信号。
换向电路包括第二换向开关，当其接通时，提供第二惯性前进路径，所述第二惯性前进路径包括第二换向开关、电极输出端、工件输出端和与第二开关反并联的第二二极管，且换向控制模块将调制控制信号提供到第二换向开关，所述调制控制信号使第二换向开关在从第一开关到第二开关的电流的换向期间被接通和关断多次，于是在一个替代方案中控制输出端中的电流的第二变化率。
在另一替代方案中，输出电感器被安置成使得输出电感器中的电流也跨工件输出端和电极输出端以及第一开关与第二开关中的至少一个而流动。
在各种实施例中，输入电路包括整流器、能量存储装置、蓄电池、发电机、变压器、转换器和升压电路中的至少一个。
在各种实施例中，调制控制信号使第一换向开关和第二换向开关在除了来自第二开关和第一开关中的至少一个的电流的换向期间外关断。
在另一替代方案中，换向电感器处于第一、第二惯性前进路径中的至少一个中。
在其他实施例中，换向控制模块将脉冲宽度、脉冲频率和滞后调制控制信号中的至少一个提供到换向开关。
在各种实施例中，当第一开关接通且未换向时，调制控制信号使第一换向开关和换向电感器作为升压电路操作以将逆变器dc总线上的电压升压到所要的量值。
在另一替代方案中，当第二开关接通且未换向时，调制控制信号还使第二换向开关和换向电感器作为第二升压电路操作以将逆变器dc总线上的电压升压到所要的量值。
在一个实施例中，反馈电路将指示输出的量值的反馈信号提供到控制模块，且斜变模块对反馈信号作出响应，和/或响应于反馈信号控制输出变化率。
在各种实施例中，控制模块包括瞬变检测模块，且瞬变检测模块对反馈信号作出响应，且斜变模块对瞬变检测模块作出响应，和/或响应于检测到瞬变来控制变化率。
在另一替代方案中，焊接型输出端为dc输出端，且控制模块包括dc控制模块。
在一个实施例中，提供中间信号包括对输入电力进行升压。
在回顾了以下附图、具体实施方式和随附权利要求书后，其他主要特征和优势对所属领域的技术人员将变得显而易见。
附图说明
图1为根据优选实施例的焊接型系统的图；
图2为现有技术半桥逆变器的电路图；
图3为来自现有技术半桥逆变器的输出波形；
图4为根据本公开的半桥逆变器的电路图；
图5为来自根据本公开的半桥逆变器的输出波形和来自现有技术半桥逆变器的输出波形；以及
图6为控制模块。
在详细地解释至少一个实施例前，应理解，本发明在其应用上不限于在以下描述中阐述或在附图中说明的构造的细节和组件的布置。本发明能够有其他实施例，或能够以各种方式实践或施行。同样，应理解，本文中使用的用语和术语是为了描述的目的，且不应被视为限制。使用相似的附图标记来指示相似组件。
具体实施方式
虽然将参照具有特定组件的特定电路来说明本公开，但一开始就应理解，也可以用其他组件和电路来实施焊接型电源。
公开一种焊接型电源，其包括半桥输出逆变器且提供输出电流的四象限控制。输出电路包括两个逆变器开关以及两个辅助或换向开关。辅助开关可用于控制电流输出的变化率(di/dt)，以辅助换向、处置瞬变和/或提供高电压源。如本文中使用的换向是将电流从一个方向通过输出端转移到另一方向和在电路内从一个开关转移到另一开关的过程。
图1为根据优选实施例的焊接型系统100的图。焊接型系统100包括输入电路或预调器102、输出电路104和控制器106。除了如本文中所阐述的内容以外，这些模块优选地如在美国专利公开2014-0263240中所展示和在图1中所展示地那样设计。
预调器102优选地包括输入整流器和升压预调器，但可使用其他拓扑结构，例如，未升压的整流器、降压、斩波等。预调器102优选地将跨电容器103的940V经调节的dc总线(本文中被称作dc总线)提供到输出电路104。输出电路104优选地包括主逆变器、变压器、整流器和半桥输出逆变器。其他实施例提供到半桥输出逆变器的其他输入，包括变压器输入、发动机/发电机输入、提供输入电力的能量存储装置(例如，蓄电池或燃料电池)、未经调节的总线，或作为输入电路102的一部分、在输入电路102与输出电路104之间或在输出电路104之前或作为输出电路104的一部分提供额外的级。
本公开提供控制输出电流的变化率(di/dt)的方式。根据优选实施例，可在所有四个象限中控制变化率。其他实施例在少于所有四个象限中或只在输出电流反转期间提供控制。同样，在一个实施例中，形成升压的电压源以对换向(反转)、di/dt控制和瞬变作出帮助。
现参看图4，变压器421类似于变压器221，但不包括较高电压绕组223。在一些实施例中，输出电路104包括充当用于半桥逆变器的电流源的初级侧逆变器、变压器和整流器。优选实施例使用辅助升压电路(以下描述)以提供辅助电压。替代实施例使用变压器(例如，图2的变压器)或降压电路或其他转换器以提供辅助电压，或不提供辅助电压。
整流器418和419校正变压器421的输出。变压器421由使dc总线103反转的初级侧逆变器馈电，且充当到半桥输出逆变器(开关202和203)的电流源。因此，dc总线103将电力提供到半桥输出逆变器。
在换向期间可按如此方式控制开关207和208以提供对di/dt的控制，这可有益于帮助电弧保持点亮，且有益于提供所要的电流输出。在优选实施例中，开关207和208为换向开关，且与反并联的二极管209和210、电感器412和电容器230一起构成换向电路。跨电容器230的电压在本文中被称作逆变器dc总线。如本文中使用的换向电路为有效地辅助电流换向的电路。
也可在除了换向期间以外控制开关207和208以控制di/dt，这有益于对瞬变作出响应或提供输出波形的迅速改变。同样，可按如此方式对它们进行控制以提供用于协助换向和瞬变的升压电压。
可通过考虑每一象限来理解在反转期间对di/dt的控制：1)当处于EP时，控制电流量值减小；2)当处于EN时，控制电流量值增大；3)当处于EN时，控制电流量值减小；和4)当处于EP时，控制电流量值增大。可将输出电流反转描述为在初始极性中，电流首先在量值上减小，且接着在过零之后，在新极性中，在量值上增大。因此，在输出电流反转的整个过程中，可使用四象限控制来控制di/dt。同样，通过按需要快速增大或减小输出量值，可使用四象限控制来控制对瞬变作出响应，直到瞬变被越过，并可恢复对输出的正常(现有技术)控制。正常控制指通过控制到半桥逆变器的输入来控制输出量值。
在EP到EN反转期间，在过零之前，当电流量值正减小时，使用在EP中对di/dt的控制，且将首先描述所述控制。开关202处于EP中。现有技术通过使开关202接通且撤去(从预调器102、初级侧逆变器和变压器)施加到半桥逆变器的电力来提供减小的输出电流量值。本公开教示了一种减小电流的新方式。
为了减小在EP中的电流量值，关断开关202，且对开关208进行调制(多次接通和关断)，且开关203和207保持关断。当开关208接通时，形成惯性前进路径，所述惯性前进路径包括开关208、换向电感器226、输出电感器214和二极管205。这使输出电流的衰减没有当开关208关断(且不存在惯性前进路径)时那样迅速。通过对开关208进行调制(由开-关脉冲408表示)，可将di/dt控制为处于在无开关208的情况下的衰减到其中开关208连续接通的衰减之间的任何位置。当在过零之前电流在量值正在减小时，针对此区段发生调制。调制可为脉冲宽度调制(PWM)、脉冲频率调制(PFM)、滞后控制或其他调制。在替代实施例中，可省去换向和输出电感器226和214。
越多的开关208被接通，那么di/dt就越接近被连续接通的开关208的di/dt。越少的开关208被接通，那么di/dt将越接近垂直。应考虑到当开关208关断时在开关上的压力，这是因为电感器214中的电感可引起高电压。开-关脉冲408为用于开关208的调制控制信号。如本文中使用的调制控制信号指使开关接通和关断多次以产生所要的输出的控制信号，例如，PWM、PFM、滞后控制等。
图5展示与本公开一致的受控制的输出以及现有技术输出的曲线图。在过零之前的EP到EN反转期间(展示为区段503)，控制di/dt以使其比现有技术区段303的di/dt更陡。这允许在所要的EP高电流平稳状态下具有显著更多的时间，并因此允许较大的过程控制。虽然区段503被展示为直线，但可通过对开关208的恰当调制来获得任何形状。区段503被描述为具有变化率，甚至描述所述变化率何时改变或变化。
在EP到EN颠倒期间，且过零之后，电流在量值上增大，且极性为EN，且开关203接通。在EP到EN反转期间在过零之后对di/dt的控制是通过当在过零之后且在换向期间电流量值正增大时对开关207进行调制(将其接通和关断多次)来提供的。当开关207被接通时，将高电压源(来自电容器230)施加到输出端，且电流非常迅速地增大。(跨电容器230形成高辅助电压将在以下描述，但可替代地根据现有技术来实现)。当开关207关断时，电流以“正常的”较慢速率增大。
通过对开关进行调制(由开-关脉冲407表示)，可将di/dt控制为在先前增大速率到几乎垂直之间的任何点。当在过零之后电流在量值上正增大时，针对此区段发生调制。调制可为脉冲宽度调制(PWM)、脉冲频率调制(PFM)、滞后控制或其他调制。开-关脉冲408为用于开关208的调制控制信号。越多开关207被接通，那么di/dt越陡。
再次参看图5，在过零之后的EP到EN反转期间(展示为区段504)的输出的曲线图具有被控制为比现有技术区段304的di/dt更陡的di/dt。这允许在所要的EN高电流平稳状态下具有更多时间和因此允许较大的过程控制。虽然区段504被展示为直线，但可通过对开关207的恰当调制来获得任何形状。区段504被描述为具有变化率，甚至描述何时所述变化率不恒定和何时所述变化率改变或变化。
类似地控制EN到EP反转。当处于EN时，开关203通常接通，且为了在控制di/dt的同时减小EN中的电流量值，关断开关203，从而迫使反并联的二极管204导通，且对开关207进行调制(接通和关断)，同时开关202、203和208关断。当开关207接通时，形成惯性前进路径，所述惯性前进路径包括输出端、电感器214、412、开关207和反并联的二极管204。这使输出电流衰减得没有当开关207关断(且不存在惯性前进路径)时那样迅速。
通过对开关207进行调制(由开-关脉冲407表示)，可将di/dt控制为在无开关207的情况下的衰减到开关207连续接通的情况下的衰减之间的任何点。当在过零之前电流量值正减小时，针对此区段发生调制。调制可为脉冲宽度调制(PWM)、脉冲频率调制(PFM)、滞后控制或其他调制。越多开关207被接通，那么di/dt越接近连续接通的开关207的di/dt。越少开关207被接通，那么di/dt将越接近垂直。应考虑当开关208关断时开关上的压力，因为电感器214中的电感可引起高电压。
图5将用于减小量值EN电流的受控制的di/dt展示为区段502。区段502的di/dt被控制为比现有技术的区段302更陡。这允许在所要的EP高电流平稳状态下显著更多的时间和因此允许较大的过程控制。虽然区段502被展示为直线，但可通过对开关207的恰当调制来获得任何形状。区段502被描述为具有变化率，甚至描述何时所述变化率改变或变化。
在EN到EP反转期间，且在过零之后，电流量值增大，且极性为EP，且开关202接通。在EP到EN反转期间在过零之后对di/dt的控制是通过对开关208进行调制(将其接通和关断)来提供的。当开关208被接通时，将高电压源(来自电容器230)施加到输出端，且电流非常迅速地增大。当开关208关断时，电流以“正常”速率增大。
通过对开关进行调制(由开-关脉冲408表示)，可将di/dt控制为在先前增大速率到几乎垂直之间的任何点。当在过零之后电流量值正增大时，针对此区段发生调制。调制可为脉冲宽度调制(PWM)、脉冲频率调制(PFM)、滞后控制或其他调制。越多开关208被接通，那么di/dt越陡。
再次参见图5，在过零之后的EP到EN反转期间(展示为区段501)的输出的曲线图具有被控制为比现有技术区段301的di/dt更陡的di/dt。这允许在所要的EN高电流平稳状态下具有更多时间并因此允许较大的过程控制。将区段501描述为具有变化率，甚至描述何时所述变化率改变或变化。
图5展示在过零之前和之后的恒定di/dt。然而，通过改变PWM控制信号(或其他调制控制信号)，可按需要改变di/dt。其可具有阶梯、可连续变化或可间歇地变化。可单独地控制每一区段，且可按需要使每一区段内存在变化。并且，可只针对电流反转的部分提供控制。举例来说，可在反转之前使用开关207，且然后在反转之后不使用任何开关。同样地，可在反转之前使用开关208，且然后在反转后不使用任何开关。或者可在少于从反转的开始到过零的时间或少于从过零到正常操作的时间内提供控制。
针对每一象限的控制被总结在下表中(注意，电流量值是参考的)：
可通过在除了极性反转以外的时间控制变化率来提供瞬变控制。在需要的任何方向上提供di/dt控制，直到瞬变被越过为止，且然后开关207和/或208可保持断开，或用以提供辅助电压，如下所描述。在瞬变被越过后，恢复对输出的正常控制。
可通过将开关207和208中的一个或两个连同电感器412用作升压电路来提供跨电容器230的辅助高电压。优选地，这在除了换向和/或瞬变响应期间之外(例如，在图5的平稳状态区段506和507期间)完成，以使得开关207和208可用以控制换向期间的di/dt。当开关207(在此操作中，其为升压开关)接通时，形成从变压器绕组222的中心抽头经过电感器412(在此操作中，其为升压电感器)、经过开关207且经过二极管418的电流路径，从而对电感器412充电。当关断开关207时，通过反并联的二极管210提供电感器412中的电流以对电容器230充电。将开关207作为正常升压开关调制以控制电容器230上的电压。
类似地，当开关208接通时，形成从变压器绕组222的顶部、经过二极管419、经过开关208且经过电感器412的电流路径，从而对电感器412充电。当关断开关208时，通过反并联的二极管209提供在电感器412中的电流以对电容器230充电(将在电容器230的底部上的电压驱动得较低)。将开关208作为正常升压开关调制以控制电容器230上的电压。
在不控制di/dt的任何时候，例如，除了在换向期间外和除了在瞬变控制期间之外的任何时候，可执行升压操作，以组合此设计的各种方面。
控制器106(也称控制模块106)展示于图6中，且包括逆变器控制模块601、换向控制模块603、斜变模块605、dc控制模块607、增压控制模块609和瞬变检测模块611。这些模块中的每一个优选地是软件模块，其按提供所要的控制的此方式将控制信号提供到相关开关以将其接通和关断。控制器106可为软件和/或硬件，且可在一个位置中或在多个位置中。
逆变器控制模块601将控制信号提供到开关202和203以按需要操纵输出为负或正。可基于程序、时间或反馈来反转极性。如本文中使用的逆变器控制模块为控制半桥逆变器产生所要的输出的控制模块。
换向控制模块603通过提供使输出电流具有所要的di/dt的调制控制信号(或定时信号)在换向期间控制开关208和207。换向控制模块603也可将操纵控制信号提供到开关202和203(而非使操纵控制信号来自逆变器控制模块601)。换向控制模块603优选地接收指示输出电流的反馈，以使得控制可为闭环的。如本文中使用的换向控制模块为控制换向电路的控制模块。
斜变模块605在除了换向期间以外的时间控制开关208和207以提供所要的di/dt，如上所述。斜变模块605和换向控制模块603可实施为单一模块以在焊接循环中的不同时间控制开关207和208。斜变模块605优选地接收指示输出电流的反馈，以使得控制可为闭环的。当斜变模块605活动时，开关207和208为输出控制开关和输出控制电路的一部分。斜变模块为一种控制模块，其控制电路提供输出端中的所要的变化率。输出控制电路指具有开关的电路，所述开关用以控制输出的变化率。
斜变模块605可在一个、两个、三个或四个象限中操作。当在四个象限中操作模块605和/或模块603时，模块605和/或603为四象限控制模块。四象限控制模块指工作在所有四个象限中的斜变和逆变器模块。
DC控制模块607用以控制开关202和203提供(一个极性或另一极性的)dc输出。DC控制模块607和逆变器控制模块601可实施为单一模块以基于所要的过程(ac或dc)以不同方式控制开关202和203。如本文中使用的DC控制模块指控制电力开关提供dc输出的控制模块。当在dc中时，可使用升压和/或斜变模块以对瞬变或波形作出响应。
升压控制模块609用以控制开关207和208以提供跨电容器230的升压总线。升压控制模块609和斜变模块605和/或换向模块603可实施为单一模块以在焊接循环中的不同时间控制开关207和208。升压控制模块609接收指示电容器230上的电压的反馈。如本文中使用的升压控制模块指控制电力开关以提供升压的dc输出的控制模块。
瞬变检测模块611用以检测输出端上的瞬变。瞬变检测模块优选地接收指示输出的反馈且将激活控制信号提供到斜变模块605。如本文中使用的瞬变检测模块指检测瞬变的控制模块。
如果电容器230上的辅助电压不足以提供所要的di/dt，那么升压控制模块609可按需要命令电容器上的升压电压变为较大量值。同样地，如果电容器230上的辅助电压大于提供所要的di/dt所需要的电压，那么升压控制模块609可按需要命令电容器上的升压电压变为较小量值。来自斜变模块605和换向控制模块603的信号可将关于所要的电压的信息提供到升压控制模块609。
可对本公开作出众多修改，这些修改仍落在其意图的范围内。因此，应显而易见的是，已提供一种方法和设备，它们用于提供充分满足以上阐述的目标和优势的焊接型电力。虽然本公开已描述其具体实施例，但显然，许多替代、修改和变化将对所属领域的技术人员是显而易见的。因此，本发明意图涵盖落在随附权利要求书的精神和广泛范围内的所有此类替代、修改和变化。

Claims (56)

1.一种焊接型电源，包括：
输入电路，所述输入电路被布置以接收输入电力，和提供中间信号；
dc总线，所述dc总线被布置以接收所述中间信号；
输出电路，所述输出电路被布置以接收所述dc总线，其中所述输出电路提供跨电极输出端和工件输出端的ac焊接型输出端，且包括具有至少第一开关和第二开关的半桥逆变器，其中所述半桥逆变器被连接以接收来自所述dc总线的电力和将电力提供到所述输出端，且进一步其中所述输出电路包括换向电路，所述换向电路被连接以提供第一惯性前进路径，所述第一惯性前进路径包括第一换向开关、所述电极输出端、所述工件输出端和与所述第一开关反并联的二极管；以及
控制模块，所述控制模块包括将控制信号提供到所述半桥逆变器的逆变器控制模块，且进一步包括将调制控制信号提供到所述第一换向开关的换向控制模块，其中所述调制控制信号使所述换向开关在到所述第一开关的电流的换向期间被接通和关断多次，籍此控制在所述输出端中的电流的第一变化率。
2.根据权利要求1所述的焊接型电源，其中所述换向电路包括第二换向开关，其提供第二惯性前进路径，所述第二惯性前进路径包括所述第二换向开关、所述电极输出端、所述工件输出端和与所述第二开关反并联的第二二极管，其中所述换向控制模块将所述调制控制信号提供到所述第二换向开关，且其中所述调制控制信号使所述第二换向开关在从所述第一开关到所述第二开关的所述电流的换向期间被接通和关断多次，籍此控制所述输出端中的电流的第二变化率。
3.根据权利要求2所述的焊接型电源，进一步包括输出电感器，所述输出电感器被布置成使得在所述输出电感器中的电流也跨过所述工件输出端和所述电极输出端以及所述第一开关和所述第二开关中的至少一个流动。
4.根据权利要求3所述的焊接型电源，其中所述输入电路包括能量存储装置、蓄电池、发电机、变压器、转换器和升压电路中的至少一个。
5.根据权利要求3所述的焊接型电源，其中所述调制控制信号使所述第一换向开关和所述第二换向开关在除了来自所述第二开关和所述第一开关中的至少一个的电流的换向期间之外被关断。
6.根据权利要求3所述的焊接型电源，进一步包括布置于所述第一惯性前进路径和所述第二惯性前进路径中的至少一个中的换向电感器。
7.根据权利要求6所述的焊接型电源，其中所述输入电路包括整流器。
8.根据权利要求6所述的焊接型电源，其中所述换向控制模块将脉冲宽度、脉冲频率和滞后调制控制信号中的至少一个提供到所述换向开关。
9.根据权利要求6所述的焊接型电源，其中当所述第一开关接通且未换向时，所述调制控制信号使所述第一换向开关和所述换向电感器作为升压电路操作以将逆变器dc总线上的电压升压到所要的量值。
10.根据权利要求9所述的焊接型电源，其中当所述第二开关接通且未换向时，所述调制控制信号使所述第二换向开关和所述换向电感器作为第二升压电路操作以将所述逆变器dc总线上的所述电压升压到所述所要的量值。
11.一种焊接型电源，包括：
输入整流器，所述输入整流器被布置以接收输入电力，和提供经整流的信号；
dc总线，所述dc总线被布置以接收所述经整流的信号；
输出电路，所述输出电路被布置以接收所述dc总线，其中所述输出电路(104)提供跨电极输出端和工件输出端的ac焊接型输出端，且包括具有至少第一开关和第二开关的半桥逆变器，其中所述半桥逆变器被连接以接收来自所述dc总线的电力和将电力提供到所述输出端，且进一步其中所述输出电路包括升压电路，所述升压电路包括逆变器dc总线、升压电感器和升压开关；以及
控制模块，所述控制模块包括将控制信号提供到所述半桥逆变器的逆变器控制模块，且进一步包括将调制控制信号提供到所述升压开关的升压控制模块，其中当所述第一开关接通且未换向时，所述调制控制信号使所述升压开关和所述升压电感器作为升压电路操作以将所述逆变器dc总线上的电压升压到所要的量值。
12.根据权利要求11所述的焊接型电源，其中所述升压电路包括第二升压开关，其中所述升压控制模块将所述调制控制信号提供到所述第二升压开关，且其中当所述第二开关接通且未换向时，所述调制控制信号使所述第二升压开关和所述升压电感器作为第二升压电路操作以将所述逆变器dc总线上的所述电压升压到所述所要的量值。
13.根据权利要求9所述的焊接型电源，进一步包括输出电感器，所述输出电感器被布置成使得在所述输出电感器中的电流也跨过所述工件输出端和所述电极输出端以及所述第一开关和所述第二开关中的至少一个流动。
14.一种焊接型电源，包括：
输入电路，所述输入电路被布置以接收输入电力，和提供中间信号；
dc总线，所述dc总线被布置以接收所述中间信号；
输出电路，所述输出电路被布置以接收所述dc总线，其中所述输出电路提供跨电极输出端和工件输出端的焊接型输出端，且包括具有至少第一开关和第二开关的半桥逆变器，其中所述半桥逆变器被连接以接收来自所述dc总线的电力和将电力提供到所述输出端，且进一步其中所述输出电路包括输出控制电路，所述输出控制电路被连接以提供第一惯性前进路径，所述第一惯性前进路径包括第一控制开关、所述电极输出端、所述工件输出端和与所述第一开关反并联的二极管，且其中所述输出控制电路包括第二输出控制开关，所述第二输出控制开关提供第二惯性前进路径，所述第二惯性前进路径包括所述第二输出控制开关、所述电极输出端、所述工件输出端和与所述第二开关反并联的二极管；以及
控制模块，所述控制模块包括将控制信号提供到所述半桥逆变器的逆变器控制模块，且进一步包括将调制控制信号提供到所述第一和第二输出控制开关的斜变模块，其中所述调制控制信号使所述第一和第二输出控制开关中的至少一个被接通和关断多次以控制在所述输出端中的电流的变化率。
15.根据权利要求14所述的焊接型电源，进一步包括反馈电路，所述反馈电路被布置以将指示所述输出的量值的反馈信号提供到所述控制模块(106)，其中所述斜变模块响应所述反馈信号。
16.根据权利要求15所述的焊接型电源，其中所述控制模块包括瞬变检测模块，且其中所述瞬变检测模块响应所述反馈信号，且所述斜变模块响应所述瞬变检测模块。
17.根据权利要求15所述的焊接型电源，其中所述焊接型输出端为dc输出端，且所述控制模块包括dc控制模块。
18.根据权利要求17所述的焊接型电源，进一步包括输出电感器，所述输出电感器被布置成使得在所述输出电感器中的电流也跨过所述工件输出端和所述电极输出端以及所述第一开关和所述第二开关中的至少一个流动。
19.一种焊接型电源，包括：
输入电路，所述输入电路被布置以接收输入电力，和提供中间信号；
dc总线，所述dc总线被布置以接收所述中间信号；
输出电路，所述输出电路被布置以接收所述dc总线，其中所述输出电路提供跨电极输出端和工件输出端的焊接型输出端，且包括具有至少第一开关和第二开关的半桥逆变器，其中所述半桥逆变器被连接以接收来自所述dc总线的电力和将电力提供到所述输出端，且进一步其中所述输出电路包括输出控制电路，所述输出控制电路被连接以提供第一惯性前进路径，所述第一惯性前进路径包括第一输出控制开关、所述电极输出端、所述工件输出端和与所述第一开关反并联的二极管，且其中所述输出控制电路包括第二输出控制开关，所述第二输出控制开关提供第二惯性前进路径，所述第二惯性前进路径包括所述第二输出控制开关、所述电极输出端、所述工件输出端和与所述第二开关反并联的二极管；以及
控制模块，所述控制模块包括将控制信号提供到所述半桥和将调制控制信号提供到所述第一和第二输出控制开关的逆变器四象限控制模块，其中所述调制控制信号使所述第一和第二输出控制开关中的至少一个被接通和关断多次以控制在所述输出端中的电流的变化率。
20.一种提供焊接型电力的方法，包括：
接收输入电力和提供中间信号；
通过控制半桥逆变器中的第一开关和第二开关来使所述中间信号反转，以提供输出；以及
将到所述第一开关的电流换向，且通过在所述到所述第一开关的电流的换向期间将第一换向开关接通和关断多次来控制所述输出端中的电流的第一变化率。
21.根据权利要求20所述的方法，其中在到所述第一开关的所述电流的换向期间将第一换向开关接通和关断多次包括对所述第一换向开关中的所述电流进行脉冲宽度调制、脉冲频率调制和滞后调制中的至少一个操作。
22.根据权利要求20所述的方法，进一步包括将到所述第二开关的电流换向，且在到所述第二开关的所述电流的换向期间通过将第二换向开关接通和关断多次来控制所述输出端中的电流的第二变化率。
23.根据权利要求22所述的方法，其中接通所述第一换向开关包括形成第一惯性前进路径，所述第一惯性前进路径包括所述第一换向开关、所述输出端和与所述第一开关反并联的二极管，且其中接通所述第二换向开关形成第二惯性前进路径，所述第二惯性前进路径包括所述第二换向开关、所述输出端和与所述第二开关反并联的二极管。
24.根据权利要求23所述的方法，其中提供中间信号包括使输入信号升压。
25.根据权利要求23所述的方法，进一步包括在除了从所述第二开关到所述第一开关的电流的换向期间以外的时间将所述第一换向开关控制为关断，且在除了从所述第一开关到所述第二开关的电流的换向期间以外的时间将所述第二换向开关控制为关断。
26.根据权利要求23所述的方法，其中所述第一惯性前进路径包括换向电感器，且进一步包括：当所述第一开关接通且未换向时，控制所述第一换向开关使得所述第一换向开关和所述换向电感器作为升压电路操作以将所述中间信号的电压升压到所要的量值。
27.一种提供焊接型电力的方法，包括：
接收输入电力和提供中间信号；
通过控制半桥逆变器中的第一开关和第二开关来使所述中间信号反转，以提供输出；
控制第一升压开关，当所述第一开关接通且未换向时，使得所述第一升压开关和升压电感器作为升压电路操作以将所述中间信号的电压升压到所要的量值。
28.根据权利要求27所述的方法，进一步包括：
控制第二升压开关，当所述第二开关接通且未换向时，使得所述第二升压开关和所述升压电感器作为第二升压电路操作以将所述中间信号的所述电压升压到所述所要的量值。
29.一种提供焊接型电力的方法，包括：
接收输入电力和提供中间信号；
通过控制半桥逆变器中的第一开关和第二开关中的至少一个来将所述中间信号转换到输出信号，以提供输出；
通过调制第一输出控制开关来控制输出电流的变化率，其中接通所述第一输出控制开关形成第一惯性前进路径，所述第一惯性前进路径包括所述第一输出控制开关、所述输出端和与所述第一开关反并联的二极管；以及
通过调制第二输出控制开关来控制所述输出电流的所述变化率，其中接通所述第二输出控制开关形成第二惯性前进路径，所述第二惯性前进路径包括所述第二输出控制开关、所述输出端和与所述第二开关反并联的二极管。
30.根据权利要求29所述的方法，进一步包括提供指示所述输出的量值的反馈信号，和响应于所述反馈信号控制所述变化率。
31.根据权利要求30所述的方法，进一步包括检测所述输出的瞬变状态，和响应于所述检测来控制所述变化率。
32.根据权利要求15所述的方法，其中将所述中间信号转换到输出信号包括将所述中间信号转换到dc输出信号。
33.一种提供焊接型电力的方法，包括：
接收输入电力和提供中间信号；
通过控制半桥逆变器中的第一开关和第二开关中的至少一个来将所述中间信号转换到输出信号，以提供输出；
调制第一输出控制开关，其中接通所述第一换向开关形成第一惯性前进路径，所述第一惯性前进路径包括所述第一输出控制开关、输出端和与所述第一开关反并联的二极管；以及
调制第二输出控制开关，其中接通所述第二输出控制开关形成第二惯性前进路径，所述第二惯性前进路径包括所述第二输出控制开关、所述输出端和与所述第二开关反并联的二极管；
通过控制所述第一开关、所述第二开关、所述第一输出控制开关和所述第二输出控制开关的接通和关断来控制四个象限中的所述输出信号。
34.一种用于提供焊接型电力的系统，包括：
用于接收输入电力和用于提供中间信号的装置；
用于通过控制半桥逆变器中的第一开关和第二开关来使所述中间信号反转以提供输出的装置，其中所述用于反转的装置连接到所述用于接收的装置；以及
用于将到所述第一开关的电流换向且控制所述输出端中的电流的第一变化率和用于在到所述第一开关的所述电流的换向期间将第一换向开关接通和关断多次的装置。
35.根据权利要求34所述的系统，其中所述用于换向电流的装置进一步包括用于对所述第一换向开关中的所述电流进行脉冲宽度调制、脉冲频率调制和滞后调制中的至少一个操作的装置。
36.根据权利要求34所述的系统，进一步包括用于将到所述第二开关的电流换向和用于通过在到所述第二开关的所述电流的换向期间将第二换向开关接通和关断多次来控制所述输出端中的电流的第二变化率的装置。
37.根据权利要求36所述的系统，其中所述用于接收输入电力和用于提供中间信号的装置包括用于对所述输入电力升压的装置。
38.根据权利要求36所述的系统，进一步包括用于当所述第一开关接通且未换向时控制所述第一换向开关使得所述第一换向开关和换向电感器作为升压电路操作以将所述中间信号的电压增加到所要的量值的装置。
39.一种用于提供焊接型电力的系统，包括：
用于接收输入电力和提供中间信号的装置；
用于通过控制半桥逆变器中的第一开关和第二开关来使所述中间信号反转以提供输出的装置，其中所述用于反转的装置连接到所述用于接收的装置；
用于当所述第一开关接通且未换向时控制第一升压开关使得所述第一升压开关和增压电感器作为升压电路操作以将所述中间信号的电压升压到所要的量值的装置。
40.根据权利要求39所述的系统，进一步包括用于当所述第二开关接通且未换向时控制第二升压开关使得所述第二升压开关和所述升压电感器作为第二升压电路操作以将所述中间信号的所述电压升压到所述所要的量值的装置。
41.一种用于提供焊接型电力的系统，包括：
用于接收输入电力和用于提供中间信号的装置；
用于通过控制半桥逆变器中的第一开关和第二开关中的至少一个来将所述中间信号转换到输出信号以提供输出的装置；
用于通过调制第一输出控制开关来控制输出电流的变化率的装置，其中接通所述第一输出控制开关形成第一惯性前进路径，所述第一惯性前进路径包括所述第一输出控制开关、所述输出端和与所述第一开关反并联的二极管；以及
其中所述用于控制的装置进一步用于通过调制第二输出控制开关来控制所述输出电流的所述变化率，其中接通所述第二输出控制开关形成第二惯性前进路径，所述第二惯性前进路径包括所述第二输出控制开关、所述输出端和与所述第二开关反并联的二极管。
42.根据权利要求41所述的系统，进一步包括这样的装置：其用于将指示所述输出的量值的反馈信号提供到所述用于换向的装置，其中所述用于控制的装置响应于所述反馈信号。
43.根据权利要求42所述的系统，其中所述用于将所述中间信号转换到输出信号的装置为用于将所述中间信号转换到dc输出信号的装置。
44.一种用于提供焊接型电力的系统，包括：
用于接收输入电力和用于提供中间信号的装置；
用于通过控制半桥逆变器中的第一开关和第二开关中的至少一个来将所述中间信号转换到输出信号以提供输出的装置；
用于调制第一惯性前进路径的装置，所述第一惯性前进路径包括第一输出控制开关、所述输出端和与所述第一开关反并联的二极管；以及
用于调制第二惯性前进路径的装置，所述第二惯性前进路径包括第二输出控制开关、所述输出端和与所述第二开关反并联的二极管；
用于通过控制所述第一开关、所述第二开关、所述第一输出控制开关和所述第二输出控制开关的接通和关断来控制四个象限中的所述输出信号的装置。
45.一种焊接型电源，包括权利要求1-10所述的任一项技术特征或技术特征的任意组合。
46.一种焊接型电源，包括权利要求11-13所述的任一项技术特征或技术特征的任意组合。
47.一种焊接型电源，包括权利要求14-18所述的任一项技术特征或技术特征的任意组合。
48.一种焊接型电源，包括权利要求14-19所述的任一项技术特征或技术特征的任意组合。
49.一种提供焊接型电力的方法，包括权利要求20-26所述的任一项技术特征或技术特征的任意组合。
50.一种提供焊接型电力的方法，包括权利要求27-28所述的任一项技术特征或技术特征的任意组合。
51.一种提供焊接型电力的方法，包括权利要求29-32所述的任一项技术特征或技术特征的任意组合。
52.一种提供焊接型电力的方法，包括权利要求29-33所述的任一项技术特征或技术特征的任意组合。
53.一种用于提供焊接型电力的系统，包括权利要求34-38所述的任一项技术特征或技术特征的任意组合。
54.一种用于提供焊接型电力的系统，包括权利要求39-40所述的任一项技术特征或技术特征的任意组合。
55.一种用于提供焊接型电力的系统，包括权利要求41-43所述的任一项技术特征或技术特征的任意组合。
56.一种用于提供焊接型电力的系统，包括权利要求41-44所述的任一项技术特征或技术特征的任意组合。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113691148A (zh) * 2021-08-20 2021-11-23 深圳市佳士科技股份有限公司 电流方向切换电路、焊机驱动电路和焊机设备

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10549374B2 (en) 2015-12-31 2020-02-04 Illinois Tool Works Inc. Welding power supply with half bridge
CN105817740B (zh) * 2016-05-03 2018-05-01 深圳市佳士科技股份有限公司 焊接电源及交直流氩弧焊机
US11038437B2 (en) 2018-05-25 2021-06-15 Illinois Tool Works AC inverter with active neutral balance
US11731209B2 (en) 2019-10-04 2023-08-22 Lincoln Global, Inc. System and method providing rapid decay of peak pulse current

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2489367Y (zh) * 2001-04-20 2002-05-01 陈一评 交流开关补偿式稳压器
US20100320182A1 (en) * 2009-06-18 2010-12-23 Illinois Tool Works Inc. System and methods for efficient provision of arc welding power source
CN201878401U (zh) * 2010-11-17 2011-06-22 德州三和电器有限公司 单周期控制恒功率hid灯电子镇流器
US8129934B2 (en) * 2008-02-04 2012-03-06 Rohm Co., Ltd. Motor driver supplying drive current while adjusting decay rate thereof
US8436564B2 (en) * 2010-09-01 2013-05-07 Standard Microsystems Corporation Natural commutation for three phase brushless direct current (BLDC) motors

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6115273A (en) 1998-07-09 2000-09-05 Illinois Tool Works Inc. Power converter with low loss switching
US6194681B1 (en) * 2000-02-04 2001-02-27 Sansha Electric Manufacturing Company Limited Power supply apparatus for arc-utilizing machine
US6329636B1 (en) 2000-03-31 2001-12-11 Illinois Tool Works Inc. Method and apparatus for receiving a universal input voltage in a welding plasma or heating power source
JP4641137B2 (ja) * 2002-04-24 2011-03-02 株式会社三社電機製作所 溶接機
US6801143B2 (en) 2002-06-28 2004-10-05 Intel Corporation Method and apparatus for generating gray code for any even count value to enable efficient pointer exchange mechanisms in asynchronous FIFO'S
US6801443B2 (en) 2002-11-19 2004-10-05 Illinois Tool Works Inc. Power supply with snubber circuit
US8952293B2 (en) 2008-03-14 2015-02-10 Illinois Tool Works Inc. Welding or cutting power supply using phase shift double forward converter circuit (PSDF)
DE102009008199A1 (de) * 2009-02-04 2010-08-05 Lorch Schweißtechnik GmbH Verfahren zum Regeln einer Schweißstromquelle sowie Schweißstromquelle zur Durchführung des Verfahrens
US9120172B2 (en) 2012-09-24 2015-09-01 Lincoln Global, Inc. Systems and methods providing controlled AC arc welding processes
US10207351B2 (en) 2013-03-15 2019-02-19 Illinois Tool Works Inc. Method and apparatus for providing welding power
US9246424B2 (en) 2013-07-10 2016-01-26 Texas Instruments Incorporated Dynamic mixed-mode current decay apparatus and methods
CN105142840B (zh) * 2013-07-23 2017-05-10 松下知识产权经营株式会社 焊接装置
US10549374B2 (en) 2015-12-31 2020-02-04 Illinois Tool Works Inc. Welding power supply with half bridge

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2489367Y (zh) * 2001-04-20 2002-05-01 陈一评 交流开关补偿式稳压器
US8129934B2 (en) * 2008-02-04 2012-03-06 Rohm Co., Ltd. Motor driver supplying drive current while adjusting decay rate thereof
US20100320182A1 (en) * 2009-06-18 2010-12-23 Illinois Tool Works Inc. System and methods for efficient provision of arc welding power source
US8436564B2 (en) * 2010-09-01 2013-05-07 Standard Microsystems Corporation Natural commutation for three phase brushless direct current (BLDC) motors
CN201878401U (zh) * 2010-11-17 2011-06-22 德州三和电器有限公司 单周期控制恒功率hid灯电子镇流器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113691148A (zh) * 2021-08-20 2021-11-23 深圳市佳士科技股份有限公司 电流方向切换电路、焊机驱动电路和焊机设备

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Publication number Publication date
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